分子生物学笔记

分子生物学笔记第一章基因的结构第一节基因和基因组一、基因(gene)是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列．一个典型的真核基因包括①编码序列—外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR)④调控序列(可位于上述三种序列中)绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。二、基因组(genome)一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。人基因组3X109(30亿bp)，共编码约10万个基因。每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-valueParadox)。人类基因组计划（humangenomeproject,HGP）基因组学（genomics）,结构基因组学（structuralgenomics）和功能基因组学（functionalgenomics）。蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics）第二节真核生物基因组一、真核生物基因组的特点：?，①真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中．②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3％)，二、真核基因组中DNA序列的分类??(一)高度重复序列(重复次数lO5)卫星DNA(SatelliteDNA)(二)中度重复序列1．中度重复序列的特点①重复单位序列相似，但不完全一样，②散在分布于基因组中．③序列的长度和拷贝数非常不均一，④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为DNA标记．⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)，2．中度重复序列的分类①长散在重复序列(longinterspersedrepeatedsegments．)?LINES②短散在重复序列(Shortinterspersedrepeatedsegments)?SINESSINES：长度500bp，拷贝数105．如人Alu序列LINEs：长度1000bp(可达7Kb),拷贝数104-105，如人LINEl(三)单拷贝序列(UniqueSequence)包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列，三、基因家族(genefamily)一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因．可能由某一共同祖先基因(ancestralgene)经重复(duplication)和突变产生。基因家族的特点：①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(genecluster)或串联重复基因(tandemlyrepeatedgenes)，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因(Pseudogene)．Ψa1表示与a1相似的假基因．假基因分类。加工过的假基因(processedpseudogene)。典型的基因家族1．tRNA基因?单倍体人基因组中1300个tRNA基因，tRNA基因簇．2．rRNA基因l00copy．rRNA基因簇(重复单元28S、18S、5.8s-rRNA)3．组蛋白基因30-40copy．定位：7q32-q36组蛋白基因簇(重复单位：H1，H2A，H2B，H3、H4)特点：无intron，Poly(A)-RNA．?4．珠蛋白基因α类：16p13，基因簇(24Kb)：5’—ζ—Ψζ—Ψα1—α2—α1—3’β类：11p15，基因簇(60Kb)：5’—ζ—Gr—Ar—Ψβ—δ—β—3’四、超基因家族(Supergenefamily，Superfamily)由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同．五、人类基因组中的重复序列标记1、A1u序列单倍体人基因组50万-100万拷贝，平均每隔3-6Kb就有一个Alu序列，人A1u序列长300bp：2X130bp重复序列；?+31bp间隔序列(中间)；两侧7-21bp正向重复(directrepeats)，返座子?Alu序列广泛散布于人基因组，约90%巳克隆的人基因合有Alu序列Alu序列标志。2、可变数串联重复???，??Variablenumbertamdemrepeat，VNTR．又称小卫星DNA(minisatelliteDNA)由短重复单位(6-40bp)串联重复(6-100次以上)而成，多位于基因的非编码区，广泛分布。VNTR多态性—分子标记—DNA指纹图（fingerprint）.小卫星DNA突变与肿瘤，H-Ras。3、短串联重复（shorttandemrepeat,STR）又称微卫星DNA（microstalliteDNA）2-6个核苷酸组成的重复单位串联重复(10-60次),两侧为特异的单拷贝序列，人基因组中每l0kbDNA序列至少一个STR序列。{CA)n，50，000-100，000拷贝．新一代遗传标记，人类基因组研究，肿瘤，遗传病．第三节线粒体基因组人线粒体基因组的特点：1、人线粒体基因组为16，569bp的双链闭环分子，一条链为重链(H链)，一条链为轻链(L链)，两条链均有编码功能，每个mtDNA分于编码13种蛋白质和24种结构RNA(22rRNA，2tRNA)．2、线粒体DNA为母系遗传．3、结构基因不含内含子，部分区域有基因重叠，因此病理性mtDNA突变更易发生．4、mtDNA突变频率更高．5、线粒体DNA突变的表型表达与核DNA不同。第四节细菌和病毒基因组一、细菌基因组的特点。1．功能相关的几个结构基因往往串联在—起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，2．结构基因中没有内含子，也无重叠现象。3．细菌DNA大部分为编码序列。二、病毒基因组的特点1．每种病毒只有一种核酸，或者DNA，或者RNA；2．病毒核酸大小差别很大，3X103一3X106bp；3．除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。4．大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA或DNA)，仅少数RNA病毒由几个核酸片段组成．?5．真核病毒基因有内含子，而噬菌体（感染细菌的病毒）基因中无内含子．6．有重叠基因．第五节染色质和染色体细胞分裂间期—染色质(chromatin)分裂期—染色体(chromosome)一、染色质的基本单位—核小体(一)核小体(nucleosome)结构DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp),形成核小体核心颗粒。两个核小体核心颗粒之间有LinkerDNA(0-80bp)，核小体核心颗粒+Linker=核小体(长180-210bp)核小体DNALadder．(二)组蛋白(histone)：一类小的带有丰富正电荷富含Lys，Arg)的核蛋白，与DNA有高亲和力．组蛋白分类：1．核小体核心组蛋白，H2A，H2B，H3，H4。分子量较小(102-135aa)作用：盘绕DNA形成核小体。2．H1组蛋白：较大(220aa)，作用：与LinkerDNA结合后利于核小体稳定和更高级结构的形成??。二、染色质的高级结构1、30nm染色质纤丝?，2、袢环结构(loopeddomain)?。3、细胞分裂期染色体分裂期染色体=一对姐妹染色单体（Chromatid)有丝分裂中期46条染色体按大小和形状排列的的光学显微镜图像称为人的染色体核型(Karyotype)三、染色体的结构要素?。(一)．着丝粒（centromere)：细胞分裂时染色体与仿锤丝相连结的部位，为染色体的正常分离所必需。?(二)．端粒(telomere)：真核生物线状染色体分子末端的DNA区域端粒DNA的特点：1、由富含G的简单串联重复序列组成(长达数kb)．人的端粒DNA重复序列：TTAGGC。2、端粒的末端都有一条12-16碱基的单链3’端突出。端粒的作用：防止DNA末端降解，保证染色体的稳定性和功能（三）、复制原点第五章?信号转导细胞外信号通过与细胞表面的受体相互作用转变为胞内信号并在细胞内传递的过程称为信号转导(signaltransduction)跨膜信号转导过程包括：1，胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化；2，通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二信使等)的相互作用传递信号；3，信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达）。第一节?胞内信使细胞内信使(intracellularmessenger)是具有信息传递作用的一些小分子，也称为第二信使(secondmessengers)。一、cAMP{环磷酸腺苷)?，生成：腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP;代谢：cAMP磷酸二酯酶水解cAMP产生5’-AMP功能：，①激活蛋白激酶A②抑制蛋白磷酸酯酶二、cGMP(环磷酸鸟苷)生成酶：鸟苷酸环化酶代谢酶：cGMP磷酸二酯酶功能：①激活蛋白激酶G②调控细胞膜离子通道三、三磷酸肌醇（inositoltriphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol,DAG）G-蛋白偶联受体激活磷脂酶Cβ生成IP3及DAG功能：1、IP3：开放胞内钙库，激活Ca2+途径．2、DAD：在Ca2+和磷脂酰丝氨酸存在下，激活蛋白激酶C，四、钙离子细胞内钙离子主要贮存于胞内钙库(如肌细胞的肌浆网，SR)和线粒体中。细胞质膜两铡[Ca2+]跨膜梯度：细胞外液胞浆胞浆内[Ca2+]的调节一通过(质膜和钙库膜上的)钙离子通道(进入)和钙泵(出)，钙通道开放的条件：①质膜或钙库膜去极化(可兴奋细胞)；成②IP3介导钙库膜上钙通道开放(任何细胞)．钙泵激活．线粒体钙泵的作用．Ca2+功能：与钙调蛋白(calmodulin,CaM)结合形成Ca2+?CaM复合物：①激活腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶，②激活Ca2+?CaM依赖蛋白激酶钙通道阻断剂及其临床应用。五、一氧化氮(NO)NO合成酶催化L-精氨酸生成NO和胍氨酸NO合成酶(NOS)分类：①神经元型(nNOS)．②内皮细胞型(ecNOS)③诱导型（iNOS)功能：激活乌苷酸环化酶，刺激cGMP合成。NO的生理病理作用第二节蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶蛋白激酶(Proteinkinase，PK)催化蛋白质的含羟基氨基酸(丝／苏和酪)的侧链羟基形成磷酸酯（ATP的γ磷酸基转移至氧）．蛋白质磷酸酯酶(Proteinphosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯键水解而去磷酸化。细胞内任何一种蛋白质的磷酸化状态是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的两种相反酶活性之间的平衡决定的。蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。一、信号转导过程中的蛋白激酶{一)丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(Ser／ThrPK)是一大类特异地催化蛋白质的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的激酶家族，参与多种信号转导过程。1、蛋白激酶A（PKA)-cAMP依赖性蛋白激酶.PKA由两个催化亚基C和两个调节亚基R所构成PKA参与cAMP介导的转录水平调控。PKA的其它(下游)底物：①多种代谢相关酶②核内组蛋白和非组蛋白③膜蛋白等。2、蛋白激酶C(PKC)-Ca2+激活的／磷脂依赖性蛋白激酶．调节：可被Ca2+，DAG和磷脂酰丝氨酸激活．TPA(佛波酯)也可激活．PKC分子由N-端的调节区和C—端催化区（亲水的蛋白激酶结构域）所组成。PKC有多种亚型(12种)．PKC可激活：①受体，如EGFR，胰岛素受体，细胞因子受体等。②细胞骨架蛋白如Map，Tau．②膜蛋白，如Na+-H+交换蛋白，Ca2+-ATP酶等．④核蛋白／转录因子，起始因子等，⑤信号转导物如鸟苷酸环化酶，Raf-1等．3、Ca2+?钙调蛋白依赖性蛋白激酶(Cam-PK)Cam-PKII是一种多功能的蛋白激酶．4。cGMP依赖的蛋白激酶(PKG)功能：调节胞内钙离子．5，DNA依赖的蛋白激酶(DNA-PK)调节：结合游离DNA片段后被激活，底物：核内DNA结合蛋白和转录因子，如SPl，Fos／Jun，Myc和P53，作用：①参与DNA修复和重组,②通过激活TF调节基因表达;③参与细胞